發(fā)布時間：2020-06-07 12:53

【摘要】：隨著城市化進程的加快,越來越多的建筑不斷涌現(xiàn)。為了滿足人們日益增長的需求,建筑形式朝著多樣化、復雜化的趨勢發(fā)展。非單一建筑結構形式更加接近于真實建筑結構,其火災規(guī)律比單一建筑(豎井、走廊)更為復雜且研究相對薄弱。本文基于數(shù)值模擬、縮尺寸實驗以及理論分析的方法開展了走廊-典型毗鄰建筑內的火災研究,主要包括以下三個方面:不同通風豎井環(huán)境下走廊毗鄰豎井建筑火災蔓延規(guī)律研究、走廊毗鄰中庭建筑結構下煙氣蔓延規(guī)律及控制策略研究、基于實時火災行為的智能排煙系統(tǒng)設計與實現(xiàn)。具體內容包括:通過多層建筑縮尺寸實驗平臺研究了不同通風形式豎井對火災煙氣在多層走廊-豎井建筑內部的影響。研究發(fā)現(xiàn),當豎井送風參數(shù)較小時,著火層發(fā)生明顯的回流現(xiàn)象,走廊末端邊界速度在豎向保持均一。隨著通風參數(shù)的增加,煙氣從著火層末端溢出,煙氣層厚度也逐漸增加。同時,隨著火源功率增加,發(fā)生回流所需的通風參數(shù)也就越大,從走廊末端涌入的空氣速度就越大,煙氣溢出的速度就越小�；跓煔庠诙鄬咏ㄖ䞍炔窟\動及溫度分布規(guī)律,提出了6種典型多層走廊-豎井建筑內部的煙氣運動路徑模式。進一步分析了走廊末端以及豎井通風狀態(tài)對火焰瞬時及穩(wěn)態(tài)特征分布的影響。穩(wěn)態(tài)火焰角度分布可以劃分為三個階段:著火層通風狀態(tài)主導階段、豎井通風控制階段以及中間階段。其中,在中間階段,火焰角度發(fā)生大范圍的變化。通過考慮多種作用力因素,提出適合多開口走廊-豎井建筑的火焰傾斜方向臨界無量綱判據(jù),η,為0.12。當大于0.12時,火焰向走廊方向傾斜;反之,則向豎井方向傾斜。通過FDS構建典型房間-走廊-中庭結構物理模型,研究不同物理邊界條件對走廊-中庭結構火災煙氣分布規(guī)律的影響。研究發(fā)現(xiàn),走廊垂壁對該建筑結構下的初期火災煙氣遷移路徑有明顯的影響,當垂壁較低或無垂壁時,煙氣主要從近火源端直接向中庭空間溢出,反之,煙氣更多的從遠火源端溢出。于此同時,在一定火源功率條件下,存在臨界走廊寬度,使得中庭的平均溫度和溢出邊界的羽流質量達到最大值。垂壁的存在會造成走廊空間溫度場的不對稱分布,靠近溢出側的溫度要明顯低于靠近外側的走廊溫度。進一步分析了排煙口位置耦合不同物理邊界條件下的排煙效果,研究表明,當排煙口位置靠近走廊外側,且無量綱垂壁高度為0.375時,排煙效果為最佳。通過將走廊垂壁邊界引入溢羽流模型,新模型可以很好的預測中庭溢羽流質量流量。為了解決火災場景的不確定問題對傳統(tǒng)排煙系統(tǒng)的影響,設計了新的智能排煙系統(tǒng)。該系統(tǒng)充分考慮火災發(fā)展的各個階段,通過實時火災相關特征數(shù)據(jù)的采集,反饋給排煙系統(tǒng)以使之進行智能化調節(jié),實現(xiàn)新排煙系統(tǒng)在克服相關不利的條件下達到最佳的排煙狀態(tài)。該系統(tǒng)包括四個主要部分:智能排煙系統(tǒng)調節(jié)步驟的設計;參數(shù)的選取(多高度垂壁調節(jié)子系統(tǒng)、多速度排煙控制子系統(tǒng))、系統(tǒng)的邏輯設計、理論分析以及新設計系統(tǒng)在數(shù)值模擬中的功能實現(xiàn);CFD的火災動力學分析和目標功能函數(shù)評價系統(tǒng)。為了降低參數(shù)波動對系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響,引入平滑因子消除輸出參數(shù)波動噪音。進一步對該系統(tǒng)的有效性進行了分析驗證。研究表明:首先,當前排煙系統(tǒng)相比于傳統(tǒng)的排煙系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢;其次,設計的智能排煙系統(tǒng)能夠根據(jù)不同熱釋放速率大小火災實現(xiàn)更加靈活合理的響應,火災熱釋放速率越大,激活步就越大,排煙速率也會進行實時調節(jié);同時,該智能排煙同樣會對不同火災增長因子的火災進行合理響應,火災增長因子越小,智能排煙系統(tǒng)從較低激活步增加的過程中,每個激活步的時間延遲就越久,持續(xù)時間也會越長。對于相同的火源功率場景,火災增長因子對最終的激活步以及排煙速率幾乎沒有影響,最大激活步主要是由火災峰值熱釋放速率決定的。除此之外,對于新智能排煙系統(tǒng)在應對超快速或超大火源功率的情形表現(xiàn)較差的情況進行了再優(yōu)化。最終結果表明,該系統(tǒng)具有解決應對不同火災增長形式以及復雜火災場景的能力。
【圖文】：

圖１．邋２央視北配樓火災逡逑（３）上海公寓大樓火災逡逑２０１０年１１月１５日下午，上海靜安區(qū)一處教師公寓，由于位于公寓外的施工人員進行違規(guī)電焊作業(yè)，引燃腳手架上放置的大量保溫材料。在有利風環(huán)境的條件下，引發(fā)了一起重大火災事故�；馂陌l(fā)生時，公寓內老人和小孩，逃生能力相對較差，最終造成多達５８人遇難，７１人受傷經(jīng)濟損失多達１．５８億元。邐逡逑

圖１．邋２央視北配樓火災逡逑上海公寓大樓火災逡逑年１１月１５日下午，上海靜安區(qū)一處教師公寓，由于位于公人員進行違規(guī)電焊作業(yè)，，引燃腳手架上放置的大量保溫材料環(huán)境的條件下，引發(fā)了一起重大火災事故�；馂陌l(fā)生時，公小孩，逃生能力相對較差，最終造成多達５８人遇難，７１人失多達１．５８億元。邐逡逑
【學位授予單位】：中國科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TU998.1

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 方偉;;FDS在隧道中建模方式的研究[J];鐵道標準設計;2012年S1期

2 楊春澤;;基于FDS風速條件下木結構建筑火災數(shù)值模擬[J];建筑安全;2013年07期

3 陳偉;崔浩浩;秦龍;尹全軍;;基于FDS的火災仿真研究[J];計算機仿真;2011年12期

4 蘇彩云;謝斌;;FDS在性能化防火設計中的應用[J];內江科技;2007年09期

5 趙澤文;;基于FDS的自動噴水滅火系統(tǒng)集熱板不同設置有效性研究[J];消防技術與產(chǎn)品信息;2017年04期

6 常力;何欣;宋文華;李龍;;基于FDS和經(jīng)驗公式法的綜合性鋼結構建筑防火研究[J];南開大學學報(自然科學版);2017年03期

7 陳宏磊;;基于FDS的綜合管廊天然氣泄漏火災特性研究[J];福建建設科技;2017年04期

8 王娟娟;王祥;李林英;;挫折承受力量表(FDS)中文版的修訂[J];學理論;2014年02期

9 曹撔;姜連瑞;;基于FDS的公路隧道火災射流風機通風模式數(shù)值模擬研究[J];公路;2013年10期

10 楊平;陳飛;王海闊;;基于FDS的地下商業(yè)街排煙量計算方法研究[J];中原工學院學報;2013年03期

相關會議論文 前10條

1 盧麗敏;袁勇;柳獻;;基于FDS模擬的某地鐵車站的火災特點分析[A];第17屆全國結構工程學術會議論文集（第Ⅱ冊）[C];2008年

2 黃自明;王蓉;魏剛;姜冉;田亦文;薛明興;余春姣;;FDS聯(lián)合美藍定位對伴乳頭溢液乳腺癌的診療效果[A];中國中藥雜志2015/專集：基層醫(yī)療機構從業(yè)人員科技論文寫作培訓會議論文集[C];2016年

3 姚浩偉;梁棟;胡志儉;李志山;;高層建筑樓梯間煙氣控制的FDS應用研究[A];第十屆中國科協(xié)年會論文集（一）[C];2008年

4 涂銳;姜蓬;況凱騫;;基于FDS的候車廳排煙方案優(yōu)化設計研究[A];2015中國消防協(xié)會科學技術年會論文集[C];2015年

5 周彪;徐幼平;張騰;;FDS在電纜隧道火災中的應用[A];第一屆全國工程安全與防護學術會議論文集[C];2008年

6 楊雪元;何克文;;FDS源水通混凝土結構自防水新產(chǎn)品研發(fā)與應用[A];全國第十二次防水材料技術交流大會論文集[C];2010年

7 鄭善良;吳宜燦;高純靜;許德政;李靜驚;朱曉翔;;聚變驅動次臨界堆FDS雙冷嬗變包層的中子學設計與分析[A];第十二屆全國核物理大會暨第七屆會員代表大會論文摘要集[C];2004年

8 王紅艷;楊錦;柯嚴;劉曉平;吳宜燦;何曉雄;;FDS包層液態(tài)金屬磁流體的計算機數(shù)值模擬[A];全國第十五屆計算機科學與技術應用學術會議論文集[C];2003年

9 儲德林;吳斌;吳宜燦;黃德所;;聚變驅動次臨界堆FDS聚變堆芯參數(shù)設計與分析[A];第十二屆全國核物理大會暨第七屆會員代表大會論文摘要集[C];2004年

10 王守成;;淺談FDS系統(tǒng)與軋鋼自動化系統(tǒng)的接口技術[A];2007年河北省軋鋼技術與學術年會論文集（下冊）[C];2007年

相關博士學位論文 前4條

1 黃玉彪;走廊—典型毗鄰建筑內熱煙氣流動機制及智能排煙控制方法研究[D];中國科學技術大學;2019年

2 李世友;滇中森林可燃物燃燒性及林火行為研究[D];中國林業(yè)科學研究院;2014年

3 王自衡;基于建筑設計的居住建筑外立面火災豎向蔓延探討[D];天津大學;2015年

4 張少剛;地鐵列車對區(qū)間隧道火災逆流煙氣輸運特性影響的研究[D];中國科學技術大學;2017年

相關碩士學位論文 前10條

1 王衍;火災下鋼筋混凝土結構連續(xù)倒塌研究[D];沈陽建筑大學;2015年

2 張江濤;基于FDS的辦公大樓火災數(shù)值模擬研究[D];河北工程大學;2015年

3 李在崢;基于FDS的商界高速公路隧道火災數(shù)值分析[D];長安大學;2011年

4 譚斌;基于軟件FDS的建筑火災模擬研究[D];南華大學;2010年

5 賈占偉;基于FDS半敞開式城市隧道火災數(shù)值模擬研究[D];安徽理工大學;2015年

6 李慧;基于FDS升溫曲線的軸壓柱等效火災荷載計算[D];華中科技大學;2013年

7 劉陽;基于FDS的建筑火災數(shù)值模擬及安全疏散研究[D];遼寧工程技術大學;2012年

8 張淑慧;利用FDS對地下車庫火災場景的模擬研究[D];西華大學;2014年

9 吳雄;基于FDS的油紙絕緣設備模型參數(shù)辨識及狀態(tài)關聯(lián)研究[D];重慶大學;2016年

10 朱家鵬;基于FDS的姜源嶺隧道火災通風三維數(shù)值模擬[D];長沙理工大學;2013年

本文編號：2701442